丁宏杰 曹光輝
(南通港口集團(tuán)有限公司 江海港務(wù)分公司,江蘇 南通 226000)
南通港口集團(tuán)有限公司江海港務(wù)分公司的兩臺2 100t/h抓斗卸船機(jī)是由上海振華港機(jī)設(shè)計安裝的。主起升機(jī)構(gòu)包括兩套機(jī)械裝置(支持和開閉),每套裝置有兩個西門子690V 380KW交流變頻電機(jī)。驅(qū)動裝置由兩套西門子AFE可回饋驅(qū)動裝置組成。每套裝置由一個整流單元、兩個逆變器組成。一套驅(qū)動裝置驅(qū)動一套起升裝置(支持或開閉)。整流和逆變都是6脈沖4象限的數(shù)字式驅(qū)動裝置。PLC為西門子的S7-400系列,利用PROFIBUS總線連接支持和開閉斗驅(qū)動裝置。
每套裝置的兩個逆變器均為西門子6SE7041系列的1000KW裝機(jī)裝柜型雙閉環(huán)矢量控制逆變器。其中IGBT型號為:eupec_FZ1000R16KF4。驅(qū)動方式為主/從跟隨控制,支持1和開閉 1裝置為主 (MASTER),支持 2和開閉 2裝置為從(SLAVE)。同時,在做起升運(yùn)動時,兩套驅(qū)動裝置之間也是主/從跟隨控制,以支持驅(qū)動裝置為主,開閉以驅(qū)動裝置為從,接收支持驅(qū)動裝置的給定命令。
司機(jī)室控制合能正常合上,小車可以動作,但司機(jī)操作下降時,4臺支持開閉逆變器同時報故障,其中3臺報F12故障,一臺報F26故障,下降無動作。
考慮到其中3臺報F12故障,只有支持2逆變器報F26故障,因此重點放在報F26故障的逆變器上(懷疑其他三臺是由于這臺影響而報的假故障)。
查手冊得知:
F12:在異步電動機(jī)勵磁期間,電流未升至空載工作設(shè)定的勵磁電流的12.5%。
F26:在L2相存在UCE關(guān)機(jī)或UCE下部開關(guān) (增強(qiáng)書本型),檢查:在L2相有無短路或接地故障、CU板是否正確插入、SAFE STOP開關(guān)(X9/5-6)是否打開。
根據(jù)F26故障提示,做如下檢查:
2.1 排除電路外圍的故障,用萬用表檢查去電機(jī)的線路有無短路或接地的現(xiàn)象(初步),電機(jī)相間直流電阻是否均衡,檢查結(jié)果完好。注意,如果用兆歐表測量電機(jī)對地絕緣,應(yīng)將電機(jī)線解開,以防對IGBT及相關(guān)器件造成損壞。
2.2 檢查去觸發(fā)板的光纖是否接觸可靠,觸發(fā)板的檢測光纖是否有光(根據(jù)提示,檢查第二相,對應(yīng)的觸發(fā)板是第二塊,光纖編號為21、22、23,其中插在黑色光偶上的光纖應(yīng)該有光),觸發(fā)板初步判斷正常。檢查觸發(fā)板的原因主要是考慮到可能由于觸發(fā)原因引起主回路中誤觸發(fā)而讓逆變器檢測回路誤認(rèn)為有接地或短路。
2.3 檢查主回路的檢測回路,檢測回路主要是由交流側(cè)的電流互感器加一塊量化板組成,量化板在主板的下方,量化板上有塊ABO板形狀類似電腦的內(nèi)存,主要元器件是電阻。檢查辦法是將量化板拆下和其他逆變器對調(diào)。檢查結(jié)果正常。
2.4 檢查IGBT,考慮到IGBT短路也會引起這個故障。初步檢查,司機(jī)室控制合上后,用萬用表的交流700V以上量程檢查,測量逆變器交流側(cè)對地電壓,正常為幾十伏,檢查結(jié)果交流對地電壓達(dá)到240伏左右,改用直流700伏以上量程測量,逆變器交流側(cè)直流電壓為470伏左右,正常為幾十伏。故初步判斷有IGBT有擊穿(短路)的情況。逆變器斷電(控制斷、該臺逆變器的控制電源開關(guān)斷),改用萬用表的二極管檔測量,一根表棒接在一根直流母排上,一根接在逆變器的交流側(cè)(如果電機(jī)線已經(jīng)解開,則三項依次量過去),正常情況是0.3V左右,兩根表棒對調(diào),正常情況是0.23V左右。換一根直流母排,做同樣的檢查。如果有IGBT擊穿,萬用表會有蜂鳴聲,或顯示接近于零點零幾伏。
根據(jù)檢查結(jié)果,可以判定有IGBT損壞,結(jié)合故障是F26,說明是L2相中有IGBT損壞(如果報F25,對應(yīng)于L1相;F27,對應(yīng)于L3相)。更換IGBT需要將逆變器的主電路部分全部拆除,先拆最外面的電容組 (L1相對應(yīng)于最上面的一組電容,L2相對應(yīng)于中間的組),將固定的螺絲拆下,拔出插在電容組上的接線,將電容組整體拆除。接下來拆除SMU、SML板,拆時應(yīng)注意安裝方式,這兩塊板極為相似,但耐壓不同不能搞混,在接下來拆一塊背板(較容易,就幾個固定螺絲,背板主要是和直流母排和交流側(cè)相連的銅排),拆完后就看到觸發(fā)板和IGBT了,先拆出觸發(fā)板上的光纖和電源接線,注意光纖和電源接線的順序,不能搞混,然后拆觸發(fā)板和IGBT相連的固定螺絲。拆完后開始判斷是哪個IGBT損壞。紅表棒于IGBT上的E端,黑表棒接在C端,用二極管檔量,正常在0.3V左右,反向截止。根據(jù)檢查結(jié)果更換損壞的IGBT。安裝IGBT時,要在IGBT的背面涂上導(dǎo)熱硅膠,以保證良好的導(dǎo)熱。其他部件的安裝與拆時相反。
在更換IGBT的同時應(yīng)該還要檢查SMU和SML板以及觸發(fā)板是否損壞。有時候IGBT的損壞會造成SMU或SML板的損壞,觸發(fā)板的損壞也會造成IGBT的損壞。
4.1 IGBT損壞一般是由外部短路或輸出接地等外部原因造成的,但從這次情況來看,更換IGBT后系統(tǒng)就能正常工作,故可以排除是由外部原因造成的。
4.2 逆變器選型偏小,系統(tǒng)正常工作幾年以來,如果是選型問題,應(yīng)該早就能暴露,故可以排除該原因。
4.3 過溫,IGBT對溫度的要求比較高,一般工作溫度不超過60℃,溫度的升高會引起IGBT耐壓和載流量的急劇下降。該逆變器故障時,通風(fēng)良好,且溫控開關(guān)可靠,逆變器拆開時,柜內(nèi)灰塵極少,IGBT背面的導(dǎo)熱硅膠未硬化,故可以排除是由于散熱不良而導(dǎo)致IGBT溫升過高的原因。
4.4 觸發(fā)板的損壞也會造成IGBT的損壞,但更換IGBT后逆變器能正常工作,可以排除觸發(fā)板的原因。由于對觸發(fā)板我們沒有有效的檢測手段,故一般在更換IGBT的同時也要更換觸發(fā)板,這次未更換是有風(fēng)險的。
4.5 過電壓造成IGBT的損壞,系統(tǒng)是掛在直流母排上的,正常情況下如果是由于直流母排過壓,其他的IGBT應(yīng)該也會出現(xiàn)損壞。但這次損壞是在調(diào)清倉設(shè)備到達(dá)最上端停止時出現(xiàn)的,故不能排除在能量反饋時,直流母排有瞬間過壓的可能,但只損壞這一只IGBT,可能還是和這只IGBT本身老化而導(dǎo)致耐壓下降有關(guān),這是這次故障懷疑的重點。
4.6 過流。電機(jī)在正常工作時電流在額定范圍內(nèi),但電機(jī)的零速勵磁電流較大(這次沒有實際測量),如果勵磁電流較大而造成IGBT性能下降,不能及時導(dǎo)通或關(guān)斷也會造成IGBT的損壞。這是這次故障所要懷疑的次要原因。
IGBT模塊是6SE70系列產(chǎn)品中的逆變器、制動單元、AFE變流器。與OCP保護(hù)器所使用的主要功率器件?;旧隙疾捎眉闪藰虮劾m(xù)流二極管的模塊式封裝。IGBT是集雙極型晶體管與MOS場效應(yīng)晶體管各自優(yōu)點與一身的新型器件。IGBT的過流能力一般小于同容量的BJT,后者允許4倍的額定值,且時間小于等于50微秒,而IGBT只能是2倍的額定值,時間小于等于20微秒。因此在線路上的快速熔斷器一類的保護(hù)是不能保護(hù)IGBT的,需要借助于系統(tǒng)方面軟、硬件結(jié)合的保護(hù)功能。IGBT在C、E端已加有高壓的情況下,不允許G、E端開路,不然會損壞器件。在日常中,G、E兩級要可靠的短路,防止靜電損壞器件。在更換IGBT時禁止用手觸摸G端。
SMU與SML緩沖電路是IGBT的吸收回路,每個橋臂的每個IGBT元件均有一塊。緩沖電路用以控制關(guān)斷浪涌電壓和續(xù)流二極管,恢復(fù)浪涌電壓,有時也被設(shè)計用于減少IGBT的開關(guān)損耗。
[1]西門子SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制.裝機(jī)裝柜逆變器(DC-AC)使用說明書.版本:AC 6SE7085-OKN60.
[2]上海振華港口機(jī)械(集團(tuán))有限公司2100t/h抓斗卸船機(jī)使用手冊、電氣原理圖.